Наукові дослідження УКРНДІЕП виконуються згідно з основними напрямками наукової діяльності:
розроблення основ державної екологічної політики, спрямованої на забезпечення екологічної, у т. ч. радіаційної, безпеки та підтримання екологічної рівноваги в оточуючому навколишньому природному середовищі;
- розроблення правових, нормативних, економічних та організаційних основ управління природоохоронною діяльністю;
- розроблення екологічних програм і нормативів, комплексних природоохоронних заходів, матеріалів оцінки впливу на навколишнє природне середовище (ОВНС), вирішення наукових проблем щодо екологічної експертизи та екологічного аудиту;
- розвиток наукових основ контролю та управління екологічним станом водних об’єктів, річкових басейнів та водойм;
- наукове, методичне, метрологічне, приладове, програмно-інформаційне, правове та організаційне забезпечення екологічного моніторингу;
- розроблення комплексних природо- та водоохоронних заходів на регіональному, галузевому рівнях, а також на рівні окремих підприємств та об’єктів господарювання;
- дослідження ступеня впливу промислових та сільськогосподарських об’єктів на якість поверхневих, підземних і дренажних вод, розроблення проектів захисту підземних вод та водозаборів від забруднення;
- розроблення систем та методів поводження з промисловими і твердими побутовими відходами;
- аналіз стану повітряного басейну та розроблення заходів щодо його охорони;
- заповідна справа та збереження біологічного різноманіття;
- наукове забезпечення розвитку мереж природних територій, що підлягають особливій охороні;
- науково-методичне забезпечення діяльності державних установ, які здійснюють управління в галузі охорони навколишнього природного середовища, екологічної безпеки та природокористування.